Panduan Penulisan Jurnal Techne

(1)

Rancang Bangun Deteksi Kebocoran Arus Pipa Ignition Coil On Plug Berbasis Arduino Hananda Rizkia Widianto, Iwan Setyawan, Andreas A Febrianto

1. Pendahuluan

Di masa sekarang ini, banyak masyarakat yang menggunakan alat transportasi sebagai penunjang kebutuhan hidup sehari-hari, dan alat transportasi yang paling sering digunakan oleh masyarakat adalah kendaraan bermotor. Kendaraan bermotor memiliki suatu alat yang sangat penting keberadaanya, alat atau peralatan tersebut berfungsi untuk menggerakan kendaraan, alat tersebut adalah mesin, mesin dapat bekerja dengan beberapa sistem penunjang sebagai pendukung kerja dari kendaraan tersebut agar kendaraan dapat melaju dengan baik. Salah satu sistem penunjang mesin tersebut diantaranya adalah sistem pengapian mesin.[1] Terdapat dua jenis bahan bakar pada mesin, yaitu bahan bakar diesel dan bahan bakar bensin, namun pada perancangan ini akan fokus ke mesin berbahan bakar bensin. Pada umumnya sistem pengapian pada mesin bensin adalah menyalakan atau melakukan pembakaran campuran udara dengan bahan bakar yang telah dikompresikan di dalam ruang pembakaran sehingga menghasilkan tenaga putar pada mesin dengan menggunakan beberapa komponen pengapian.[2]

Seiring bertambahnya waktu, teknologi pada mesin mengalami banyak perkembangan, salah satunya ada pada sistem pengapian yang mulanya menggunakan sistem konvensional sekarang sudah berganti menjadi sistem pengapian elektronik. Salah satu komponen elektronik pada mesin berbahan bakar bensin adalah ignition coil.[3] Ignition coil adalah komponen yang jumlahnya sesuai dengan jumlah silinder mesin dan berfungsi untuk menaikan tegangan output berupa gelombang pulsa yang dikeluarkan oleh komponen Electronic Control Unit dari 12 Volt menjadi tegangan tinggi hingga 20 KV melalui proses induksi elektromagnetik, selanjutnya tegangan tinggi tersebut akan disalurkan ke busi untuk melakukan pembakaran campuran udara dengan bahan bakar melalui selongsong atau pipa coil. [4]

Terdapat beberapa jenis dari ignition coil, akan tetapi penulis fokus ke jenis coil single atau coil on plug, secara umum sistem pengapian coil on plug tidak memiliki kabel yang menghubungkan antara ignition coil dengan busi. Sebagai ganti kabel tersebut, digunakan semacam selongsong atau pipa koil berbahan baku karet dan plastik, serta kumparan kawat seperti pegas yang sangat penting keberadaannya pada mesin bensin, karena selongsong ini menjadi penghantar utama dari ignition coil dan busi yang berfungsi untuk mengantisipasi loncatan tegangan atau arus ke bodi mesin dan mengurangi hambatan tegangan untuk busi agar percikan api yang dihasilkan dari busi dapat melakukan pembakaran campuran bahan bakar dengan udara dengan sempurna.[5]

Seiring dengan pemakaian dari komponen ignition coil sering ditemukan salah satu atau lebih koil yang memiliki pipa koil rusak, akibatnya tegangan yang seharusnya disalurkan ke busi menjadi tidak maksimal karena arus loncat terlebih dahulu ke bodi mesin yang tersambung dengan ground sehingga pembakaran menjadi tidak sempurna dan berakibat pada missfire engine atau lebih dikenal sebagai mesin pincang dimana kondisi ini dapat dilihat dari aktivitas getaran yang tidak normal pada mesin saat kondisi idle. Dari permasalahan tersebut, penulis merencanakan untuk membuat alat yang dapat mendeteksi kobocoran arus pada pipa koil secara otomatis sehingga pemilik kendaraan tidak mengganti seluruh pipa koil dan hanya perlu mengganti sejumlah pipa koil yang rusak saja.

(2)

2. Metode

2.1. Mekanik

Perancangan alat dari segi mekanik direalisasikan seperti pada Gambar 1 dengan bahan baku kayu dan berukuran 25X18,5X22 cm, pada bagian atas alat yang ditunjukan pada gambar 2 terdapat lubang dengan diameter 2,5 cm untuk memasukan pipa koil yang akan diuji, lalu terdapat dua buah push button untuk memulai dan mereset program, selanjutnya terdapat potensiometer untuk mengatur gelombang pulsa trigger ignition coil on plug, dan terdapat pula LCD I2C untuk menampilkan beberapa informasi.

Untuk bagian dalam dari alat yang dirancang terdiri dari dua bagian ditunjukan pada gambar 3, bagian pertama yaitu tempat untuk pengetesan pipa koil, pada bagian ini terdapat konektor antara pipa koil dengan busi yang berfungsi untuk mengalirkan tegangan atau arus dari pipa koil dan selanjutnya konektor ini akan dibaca ada tidaknya arus atau tegangan yang mengalir oleh detektor tegangan, selain itu terdapat juga kawat besi yang tersambung dengan ground dan mengelilingi pipa koil, kawat ini berfungsi seperti bodi mesin disekitar pipa koil, dimana ketika pipa koil terdapat kebocoran arus akan loncat terlebih dahulu ke kawat tersebut dan apabila terjadi kebocoran arus maka konektor tidak akan teraliri arus dari ignition coil. Lalu bagian yang kedua yaitu tempat untuk menaruh beberapa komponen penunjang alat, pembagian ini dilakukan untuk menghindari komponen terkena loncatan arus atau tegangan dari pipa koil pada pipa koil yang mengalami kebocoran arus, sehingga dikhawatirkan komponen akan rusak saat terkena loncatan arus tersebut.

Gambar 1. Realisasi Alat.

Gambar 2. Bagian Atas Alat.

(3)

Gambar 3. Bagian Dalam Alat.

2.2. Perancangan Sistem

Perancangan sistem akan dijelaskan dalam bentuk diagram kotak dan gaftar alir, gambar 4 menunjukan diagram kotak dapat dilihat bahwa terdapat beberapa komponen penunjang agar alat dapat mendeteksi kebocoran arus atau tegangan pada pipa ignition coil on plug, sebagai pusat pengendalian mikrokontroler yang digunakan adalah arduino uno, mikrokontroler akan mengolah data output komponen push button, potensiometer, dan detektor tegangan, selanjutnya hasil pengolahan data dari potensiometer akan menghasilkan output untuk trigger ignition coil on plug. Selain itu mikrokontroler juga akan menghasilkan output berupa informasi kondisi pipa koil ke LCD dari pembacaan data detektor tegangan yang sudah dilakukan.

Gambar 4. Diagram Kotak Sistem.

(4)

Gambar 5 menunjukkan gaftar alir sistem. Saat pertama kali dihidupkan, alat akan memberi informasi berupa fungsi dari tombol yang tersedia pada alat (tombol hijau untuk mulai, tombol merah untuk reset), Selanjutnya alat akan membaca nilai potensiometer dan menghasilkan gelombang pulsa dari input nilai tersebut dengan duty cycle 50%. Setelah melakukan pembacaan nilai potensiometer dan menghasilkan gelombang pulsa, detektor tegangan akan melakukan pembacaan ada tidaknya tegangan atau arus dari konektor antara koil dengan busi, dan selanjutnya hasil pembacaan akan menjadi penentu kondisi pipa koil.

Untuk menentukan bocor atau tidaknya pipa koil dilakukan pembacaan high atau low dari detektor tegangan terlebih dahulu. Output detektor tegangan bernilai high apabila sensor detektor mendeteksi gelombang elektromagnet yang dihasilkan dari aliran tegangan atau arus pada konektor antara pipa koil dengan busi, sebaliknya apabila detektor tidak mendeteksi adanya gelombang elektromagnet output detektor tegangan bernilai low.

Apabila detektor bernilai low maka mikrokontroler akan memberikan informasi bahwa kondisi pipa koil bocor, begitu pula sebaliknya. Setelah menampilkan informasi ke LCD sistem akan terus menerus melakukan pembacaan nilai potensiometer dan menampilkan kondisi pipa koil selama tombol reset belum ditekan.

Gambar 5. Gaftar Alir Sistem.

(5)

2.3. Elektrik

Gambar 6 merupakan rangkaian elektrik dari alat yang terdiri dari beberapa komponen penunjang sehingga alat dapat berfungsi sebagai pendeteksi kebocoran arus pipa atau pipa koil. Sensor yang mendeteksi bocor tidaknya selongsong atau pipa koil yang rencananya menggunakan Sensor ACS 712 diganti dengan detektor tegangan, penggantian tersebut dikarenakan ACS 712 tidak mampu untuk dialiri tegangan output ignition coil. Sumber tegangan yang digunakan pada alat ini adalah minimal baterai aki 12V 5Ah, tegangan akan diturunkan ke 9 V dengan modul regulator LM2596 yang ditunjukkan pada Gambar 8 dan Gambar 9 untuk suplai tegangan kepada mikrokontroler, sedangkan untuk suplai tegangan ignition coil on plug yang akan diuji menggunakan tegangan 12V langsung dari aki.

Mikrokontroler berfungsi untuk mengolah data input dari pushbutton, potensiometer, dan detektor, selanjutnya data yang sudah diolah akan ditampilkan pada LCD berupa kondisi pipa koil, selain itu mikrokontroler juga memberikan output berupa gelombang pulsa sebagai trigger ignition coil.

Gambar 6. Rangkaian Elektrik Alat.

Gambar 7. Rangkaian Modul LM2596.

Gambar 8. Modul LM2596 Step-Down.

Sumber: indonesian.alibaba.com

(6)

Gambar 9 Merupakan rangkaian detektor tegangan tanpa sentuh menggunakan transistor 2n3904 dimana detektor tersebut diletakan berdekatan dengan konektor antara koil dengan busi yang digunakan untuk mendeteksi bocor atau tidaknya pipa koil. Detektor mendeteksi gelombang elektromagnet dari medan listrik yang disebabkan oleh aliran tegangan yang besar pada konektor koil dengan busi ketika pipa koil tidak ada kebocoran.[6]

Gelombang elektromagnet tersebut ditangkap oleh probe pada basis transistor dan dikuatkan dengan tiga transistor yang disusun sesuai gambar di bawah sehingga mampu membuat LED pada optocoupler menyala,[7] selanjutnya dilakukan pembacaan high atau low dari LED optocoupler oleh mikrokontroler untuk penentuan bocor atau tidaknya pipa koil. Apabila pipa koil bocor, konektor tidak akan teraliri arus dan tidak ada gelombang elektromagnet yang terdeteksi oleh detektor, karena arus terlebih dahulu loncat ke besi disekitar pipa koil yang terhubung dengan ground.

Gambar 9. Rangkaian Detektor Tegangan.

3. Hasil dan Pembahasan

3.1 Pengujian nilai ADC Potensiometer dengan Gelombang Pulsa yang Dihasilkan Pada percobaan ini dilakukan dengan menggunakan potensiometer sebesar 20 kilo ohm, setelah itu membaca nilai ADC yang terbaca pada Arduino dan menentukan batasan nilai yang aman untuk koil pada saat pengetesan pipa koil.

Tabel 1. Perbandingan Nilai Potensiometer dengan Output Gelombang Pulsa.

Nilai ADC Potensio Nilai Hambatan Ton/Toff Gelombang Pulsa Trigger Koil

20 2,03k 8,3 mS

40 2,32k 16,6 mS

60 2,55k 18,3 mS

80 2,9k 26,7 mS

100 3,12k 33,3 mS

120 3,37k 38,3 mS

(7)

140 3,65k 45,8 mS

160 3,85k 50,2 mS

180 4,13k 54,2 mS

200 4,33k 63,3 mS

220 4,52k 71,7 mS

240 4,65k 75,00 mS

260 4,79k 79,2 mS

280 4,96k 90 mS

Berdasarkan percobaan dan pengamatan yang sudah dilakukan, semakin kecil nilai potensio yang terbaca pada Arduino maka semakin kecil pula periode gelombang pulsa untuk trigger koil. Sehingga apabila nilai potensio terlalu kecil berpotensi untuk merusak koil yang sedang diuji. Pada perancangan ini nilai minimal potensio untuk potensiometer 20 kilo ohm sebesar 45 karena nilai potensio tersebut lebih aman untuk koil dan tidak merusak koil, dan nilai maksimal potensio sebesar 240 karena apabila lebih dari nilai tersebut menghasilkan periode gelombang yang lama untuk trigger koil.

Gambar 6. Gelombang Pulsa Nilai ADC 45.

Gambar 7. Gelombang Pulsa Nilai ADC 240.

(8)

3.2 Pengujian Deteksi Bocor Arus Pipa koil

Pada pengujian bocor tidaknya arus pada pipa koil, penulis membandingkan antara alat yang telah dirancang dengan pengujian manual, pengujian manual dilakukan dengan cara menghidupkan ignition coil dengan memberi trigger dari Arduino dan mendekatkan kabel dengan muatan kutub negatif pada pipa koil dan mencari titik bocor selongsong dan selanjutnya memberi label pada koil yang memiliki pipa koil bagus atau bocor. Sampel percobaan menggunakan ignition coil dari mesin berkode HR15 keluaran NISSAN 1500cc berjumlah delapan buah koil, tiga diantaranya terdapat kebocoran arus pada pipa koil dan sisanya yang berjumlah lima memiliki pipa koil yang bagus (tidak bocor), dilakukan sebanyak 5 kali percobaan setiap sampel untuk mengukur tingkat keberhasilan dalam persen(%).

Gambar 8. Sampel Ignition Coil On Plug Bagus. Gambar 9. Sampel Ignition Coil On Plug Bocor.

Gambar 10. Sampel Ignition Coil On Plug.

(9)

Tabel 2. Pengujian Alat.

Dari hasil total pengujian sebanyak 40 kali diatas, didapatkan total tiga kali percobaan gagal dan 37 kali percobaan yang berhasil. Pada koil dengan label ✓ 1 hingga 3 terdapat masing-masing satu buah kegagalan, hal ini disebabkan pada saat melakukan percobaan baterai aki mengalami drop tegangan. Hal ini menyebabkan tegangan output pada koil tidak maksimal sehingga sensor mendeteksi tidak ada tegangan atau arus yang melewati konektor antara pipa koil dengan busi sehingga kondisi yang tertampil pada LCD monitor adalah bocor.

Dari hasil pengujian didapatkan persentase keberhasilan sebesar 92,5% dari total percobaan yang sudah dilakukan.

Keberhasilan = (Jumlah keberhasilan)/(Banyaknya percobaan) x 100%

Keberhasilan = 37/40 x 100% = 92,5%

3.3 Pengujian LCD

Pengujian terakhir berkaitan dengan output informasi tombol pada alat dan kondisi pipa koil yang dikeluarkan oleh LCD. Informasi yang tertampil pada LCD dapat berfungsi dengan baik, hal ini dapat dilihat pada saat alat baru saja dihidupkan dan belum diberikan perintah untuk memulai program, LCD memberikan informasi untuk dua tombol pada alat.

Selanjutnya output kondisi pipa koil berjalan dengan baik.

Kategori Label koil

Jumlah Berhasil (5 kali)

Jumlah Gagal (5 kali)

Persentase Keberhasilan

(%)

Bocor

X 1 5 0 100

X 2 5 0 100

X 3 5 0 100

Rata – rata Keberhasilan 100%

Aman

✓ 1 4 1 80

✓ 2 4 1 80

✓ 3 4 1 80

✓ 4 5 0 100

✓ 5 5 0 100

Rata – rata Keberhasilan 88%

(10)

Gambar 11. Tampilan Awal LCD.

Gambar 12. Tampilan LCD ketika Pipa koil Bocor.

Gambar 13. Tampilan LCD Ketika Pipa koil Bagus.

4. Kesimpulan

Alat ini telah diuji dan dapat bekerja dengan baik untuk mendeteksi bocor arus atau tegangan pada pipa atau pipa koil dengan kode mesin HR15 kapasitas mesin 1500cc, dengan memanfaatkan detektor tegangan tanpa sentuh menggunakan transistor 2n3904. Hasil pengujian menunjukan bahwa alat dapat berfungsi dengan baik, yang dibuktikan dengan pengujian menggunakan delapan sampel koil (lima koil memiliki selongsong yang bagus, dan tiga koil memiliki selongsong bocor) yang dilakukan berulang sebanyak lima kali, sehingga terdapat total 40 percobaan dan didapatkan persentase keberhasilan untuk sampel selongsong bocor 100%, sedangkan sampel selongsong bagus 88%, dari total percobaan yang sudah dilakukan didapatkan persentase keberhasilan rata-rata yaitu 92,5%